工程測量中礦區(qū)變形監(jiān)測作業(yè)方法

勞文斌

（廣東省有色金屬地質(zhì)局水文地質(zhì)隊，廣東 廣州 510800）

我國對礦區(qū)變形程度的監(jiān)測，多使用人工測量，通過常規(guī)的正、倒垂引張線的方式進行變形監(jiān)測作業(yè)。人工監(jiān)測方法雖能完成對礦區(qū)結(jié)構(gòu)變形程度的計算，但測量結(jié)構(gòu)不精準，且耗費大量的人力、物力、財力，嚴重限制了我國礦區(qū)監(jiān)測作業(yè)的進一步發(fā)展[1]，為此提出工程測量中礦區(qū)變形監(jiān)測作用方法的研究。本文通過引入極坐標差分法，對礦區(qū)變形監(jiān)測點的斜距、水平角、天頂距分別進行計算，根據(jù)對監(jiān)測點數(shù)據(jù)采集的分析，利用觀測值計算監(jiān)測點的三維坐標和位移量，對監(jiān)測點的變形斜距進行調(diào)整計算，實現(xiàn)變形監(jiān)測方法的設(shè)計。通過實驗論證分析的方式，確定本文設(shè)計的引入極坐標差分法的變形監(jiān)測方法的有效性，進行對礦區(qū)結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測作業(yè)時，能夠提升測量結(jié)果的精準性，并且節(jié)省監(jiān)測費用，降低整體成本。

1 礦區(qū)變形監(jiān)測作業(yè)方法設(shè)計

礦區(qū)變形監(jiān)測作業(yè)的意義在于保證礦區(qū)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此，引入極坐標差分法，對礦區(qū)內(nèi)的監(jiān)測點進行數(shù)據(jù)采集與點位調(diào)整，實現(xiàn)對礦區(qū)的位移情況和變形規(guī)律的準確監(jiān)測。

1.1 極坐標差分法的引入

在礦區(qū)變形區(qū)域內(nèi)相對穩(wěn)定的地方建立工作基點，嚴格按照極坐標原理的測量周期進行采集活動，對參考基準點的斜距、水平角、天頂距分別進行采集，將采集到的測量值與真實值進行對比[2]，其差異就是受到各種外界因素影響的結(jié)果，包括氣溫、降雨及儀器誤差等。將參考基準點的差異性加到變形點的觀測值上，計算變形點的實際坐標。極坐標監(jiān)測結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 極坐標監(jiān)測結(jié)構(gòu)圖

在變形監(jiān)測點設(shè)置儀器架設(shè)點、參考點和目標點，參考點的選取以變形量為基準，目標點的確定視變形體的變形程度而定。極差坐標差分法的引入，就是在監(jiān)測控制儀內(nèi)設(shè)置觀測站，通過對參考點和目標點的觀測值進行分析，得出變形體的變形程度和趨勢，采用監(jiān)測控制儀和計算機對變形點的形變量進行選定，再對參考點和變形點的持續(xù)周期進行觀測比較，得出變形點的三維變量，對三維變量進行穩(wěn)定性分析，得出穩(wěn)定性能較強的數(shù)據(jù)成果。

1.2 監(jiān)測點數(shù)據(jù)采集

對各監(jiān)測點進行人工觀測后，建立三維坐標數(shù)據(jù)庫，坐標函數(shù)值的單位越精確，其自動觀測的速度就越快。當監(jiān)測點的形變程度累積到最大限度時，監(jiān)測控制系統(tǒng)就會自動修正三維坐標數(shù)據(jù)庫。觀測過程中，選擇離監(jiān)測點最近的基站作為參考點，將監(jiān)測控制儀設(shè)置在基站的觀測臺上，為了保證觀測數(shù)據(jù)的準確性，技術(shù)人員要在觀測前，設(shè)置好觀測點的順序和數(shù)據(jù)點的個數(shù)，保證監(jiān)測控制儀內(nèi)的數(shù)據(jù)點的坐標與三維坐標數(shù)據(jù)庫的坐標單位相同，打開開關(guān)后，監(jiān)測控制儀就會對監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行目標判斷、精確照準，并測量其方位角、天頂距和斜距的變化，并將采集到的數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫中。由于變形監(jiān)測作業(yè)受外界條件的影響較大，因此避免在強光下進行監(jiān)測作業(yè)，強光下監(jiān)測的數(shù)據(jù)點離散性大，有時還不能使監(jiān)測控制儀準確獲取目標中心。

因此為了提高采集數(shù)據(jù)點的精準度，選擇氣溫、日照均在合理范圍內(nèi)的時段進行監(jiān)測作業(yè)[3]，能夠使監(jiān)測控制儀準確獲取目標中心，對變形監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行準確采集。

1.3 監(jiān)測點位的調(diào)整

對存儲庫內(nèi)監(jiān)測點的斜距、天頂距和水平角進行轉(zhuǎn)存，根據(jù)觀測值計算監(jiān)測點的三維坐標和位移量，將監(jiān)測點與參考點間的水平距離反算后，得出變形基點和參考基點的斜距。斜距S的函數(shù)表達式如下：

式中，D2代表水平距離；ΔH2代表高度差。

式中，Si1代表斜距觀測值。

利用極坐標差分法，對觀測點的斜距進行采集與計算，結(jié)合采集時對變形點數(shù)據(jù)的實時反饋，對觀測點數(shù)據(jù)的斜距進行調(diào)整，實現(xiàn)對礦區(qū)變形點的準確監(jiān)測。

2 實驗論證分析

表1 實驗論證結(jié)果對比

為保證本文設(shè)計的礦區(qū)變形監(jiān)測作業(yè)方法的有效性，進行實驗論證，實驗論證采用相同礦區(qū)的，具有相同變形程度的數(shù)據(jù)點進行變形監(jiān)測論證實驗。為保證實驗的嚴謹性，采用傳統(tǒng)變形監(jiān)測方法，即人工監(jiān)測法作為實驗論證的對比。由于對監(jiān)測點變形程度的測量，就是對監(jiān)測點斜距的測量，因此對兩種方法測量的變形點的斜距進行統(tǒng)計，便可分析兩種監(jiān)測方法的準確性。其實驗論證結(jié)果如表1所示。

根據(jù)對表1的分析可知，本文提出的引入極坐標差分法的變形監(jiān)測方法其對監(jiān)測點斜距的測量更具穩(wěn)定性，其斜距范圍都保持在3～4之間；但傳統(tǒng)監(jiān)測法，由于受人工誤差的影響，其斜距測量范圍在4～7之間，波動性較大。因此可以得出結(jié)論，本文提出的引入極坐標差分法的變形監(jiān)測作業(yè)方法，對礦區(qū)變相點的監(jiān)測具備有效性，能夠提高監(jiān)測結(jié)果的精準性。通過加權(quán)分析，本文提出的引入極坐標差分法的變形監(jiān)測方法能夠提升監(jiān)測精度的29.68%。

3 結(jié)語

本文對工程測量中礦區(qū)變形監(jiān)測作業(yè)的方法進行分析與設(shè)計，通過引入極坐標差分法，對礦區(qū)變形監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行采集與計算，根據(jù)數(shù)據(jù)點的變形程度和范圍，對監(jiān)測點的斜距進行調(diào)整計算，實現(xiàn)本文設(shè)計。

實驗論證表明，本文設(shè)計的引入極坐標差分法的變形監(jiān)測方法具備有效性。希望本文的研究能夠為礦區(qū)變形監(jiān)測的方法提供理論依據(jù)。